关于芯片设计所面临的问题和挑战

几十年来，芯片制造商每隔18到24个月就推出一种新的工艺技术。在这样的节奏下，厂商们推出了基于最新工艺的新芯片，使得晶体管密度更高、成本更低。

这个公式从16nm/14nm节点开始被解开。突然间，集成电路的设计和制造成本猛涨，从那时起，一个完全规模化的节点的周期从18个月延长到2.5年甚至更长。当然，并非所有芯片都需要高级节点。而且，并不是所有现在放在同一个模具上的东西都能从缩放中获益。

这就是薯片适合的地方。更大的芯片可以分解成更小的碎片，并根据需要进行混合和匹配。晶片大概比整体式晶片有更低的成本和更好的产量。

芯片不是封装类型，它是包装架构的一部分。利用芯片，模具可以集成到现有的封装类型中，例如2.5D/3D、扇出或多芯片模块（MCM）。有些公司可能会使用芯片开发全新的架构。

所有这些都取决于需求。“这是一种架构方法，”UMC负责业务开发的副总裁Walter Ng说。“它正在为所需任务优化硅解决方案。它也在优化经济解决方案。所有这些都有性能方面的考虑，无论是速度、热量还是功率。它还有一个成本因素，这取决于您采取的方法。”

这里有不同的方法。例如，使用一种叫做Foveros的芯片技术，英特尔去年推出了一个3D CPU平台，这将一个10nm处理器内核和四个22nm处理器内核组合在一个封装中。

图源网络

AMD、Marvell和其他公司也开发了类似芯片的产品。通常，这些设计针对的是与当今2.5D封装技术相同的应用，例如AI和其他数据密集型工作负载。英特尔公司的纳吉塞蒂说：“现在，插入器上的逻辑/内存可能是最常见的实现方式。”“在需要大量内存的高性能产品中，您将看到基于芯片的方法。”

但芯片并不会主导整个市场。纳吉塞蒂说：“设备的种类和数量都在不断增加。”。“我不认为所有产品都会采用基于芯片的方法。在某些情况下，整体建模将是成本最低的选择。但对于高性能产品，可以肯定地说，芯片技术将成为一种常态，如果还没有的话。”

英特尔和其他公司有能力开发这些设计。一般来说，开发基于芯片的产品需要已知的好的模型、EDA工具、芯片到芯片互连技术和制造策略。

“如果你看看今天谁在做基于芯片的设计，他们往往是垂直整合的公司。他们内部都有自己的产品，”日月光销售和业务开发部高级主管Eelco Bergman说。“如果你要把几块硅缝在一起，你需要有关于每一块芯片的详细信息，它们的体系结构，以及这些芯片上的物理和逻辑接口。您需要有EDA工具，以便将不同芯片的协同设计捆绑在一起。”

公司内部没有所有的部件，有些东西有货，有些还没准备好。挑战在于找到必要的部分并将其整合，这需要时间和资源。

芯片似乎是现在最热门的话题。主要原因是边缘应用程序和架构的多样性，”Veeco首席营销官Scott Kroeger说。“如果处理得当，芯片可以帮助解决这个问题。那里还有很多工作要做。问题是，如何才能开始将所有这些不同类型的设备整合到一个设备中。”

那么从哪里开始呢？对许多人来说，设计服务公司、制造厂和OSAT是可能的起点。一些制造厂不仅为其他制造厂制造芯片，而且还提供各种封装服务。

一些公司已经在为芯片时代做准备。例如，台积电正在开发一种称为集成芯片系统（systemon Integrated Chip，SoIC）的技术，该技术可以为客户提供类似于3D的芯片设计。台积电也有自己的芯片对芯片互连技术，称为lipinco。

其他制造厂和osat提供各种先进的封装类型，但他们没有开发自己的芯片到芯片互连方案。取而代之的是，制造厂和osat正与各种正在开发第三方互连方案的组织合作。这仍然是一项正在进行的工作。

互连至关重要。芯片到芯片互连将封装中的一个芯片连接到另一个芯片。每个芯片由一个带有物理接口的IP块组成。一个具有公共接口的芯片可以通过短距离导线与另一个芯片通信。

许多公司已经开发出具有专有接口的互连，这意味着它们被用于公司自己的设备。但为了扩大芯片的应用范围，该行业需要具有开放接口的互连，使不同的芯片能够相互通信。

ASE的Bergman说：“如果该行业想建立一个支持基于芯片的集成的生态系统，那就意味着不同的公司必须开始彼此共享芯片IP。”。“这些都是传统上做不到的事情，这是个障碍。有一种方法可以克服这一点。这些设备没有共享所有的芯片 IP，而是实现了一个集成的标准接口。”

为此，业界正从DRAM业务中吸取教训。DRAM制造商使用标准接口DDR来连接系统中的芯片。“［使用这个接口，］我不需要知道内存设备设计本身的细节。伯格曼说：“我只需要知道接口是什么样子的，以及如何连接到芯片上。“当你开始谈论芯片时，情况也是如此。我们的想法是降低IP共享的障碍，比如说，“让我们朝着一些通用的接口前进，这样我就知道我的芯片和你的芯片的边缘需要如何以一种模块化的、类似乐高的方式连接在一起。”